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微观偏析是合金凝固过程中的常见现象,研究该现象对于认识合金的凝固行为、进行凝固组织与性能的预测具有重要意义。实际应用中的合金绝大多数为多元多相合金,建立描述多元多相合金的微观偏析模型,进而对多元多相体系的凝固行为和组织进行计算预测具有重要的理论和工程价值。相图所提供的热力学参数是微观偏析计算中的必需条件,但对于多元合金体系,往往没有可供参考的相图。相图计算(CALPHAD)方法的出现和成熟使之成为解决多元合金体系热力学参量的有效手段,而耦合CALPHAD也成为当今微观偏析计算中解决热力学参量最先进的方法。目前建立的大多数多元多相合金凝固微观模型,为了提高计算效率及简化模型,而将液相扩散系数假设为无穷大只考虑固相反扩散。本课题组也基于此提出了宏微观偏析的统一数学模型。本文将基于数值模拟方法,研究考虑任意固相及液相扩散条件下固、液相的成分变化。主要研究工作如下:对课题组原有的二元合金长尺度定向凝固条件下的数值模型加以修改,使之满足多元多相合金凝固路径及微观偏析的计算,建立了多元多相合金凝固路径及微观偏析数值模拟的Thermo-Calc耦合算法,在此基础上编制了FORTRAN计算程序,并对Al-3.66%Cu-6.46%Si、Al-26.9%Cu-2.07%Si以及Al-11.35%Cu-21.73%Si三种合金进行了计算并与统一模型进行对比。解读了国际上比较先进的可实现宏微观偏析耦合计算的考虑液相有限扩散的数值模型,尝试构建了该先进模型的多元多相合金凝固路径的Thermo-Calc耦合算法,并编制了FORTRAN计算程序,给出了初步的试算结果。基于Thermo-Calc软件及COST2数据库,解读了Al-Cu-Mg合金的富铝角的三元相图空间结构,获取了描述液相面以及在720K至755K温度区间的FCC、S-phase、Tau和AlCu_Theta固相面形状的大量的热力学数据。可以直观地了解该三元合金系富Al角的相关液相及固相等区域的相图空间界面结构,所提取的相图空间热力学数据可用于拟合成曲面函数并求解其空间交线函数,以大大提高基于Thermo-Calc的多元合金凝固偏析耦合数值计算的效率。在Al-Cu-Si和Al-Cu-Mg的富铝角各选取了一种合金成分进行凝固实验,根据凝固冷却曲线和凝固组织金相分析,确定了各实验条件下的凝固路径;测量了平均凝固速度和微观组织的尺度,基于这些实验参数,用所编制的程序计算了各实验条件下的凝固路径,与实验结果进行了对比分析。